光纤通信技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:213

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出版时间:2008-3

价格:20.00元

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isbn号码:9787811331905

丛书系列:

图书标签:

• 光纤通信
• 光纤技术
• 通信原理
• 信息传输
• 光电子技术
• 网络工程
• 通信工程
• 物理层
• 光器件
• 信号处理

好的，这是一本关于量子信息与量子计算前沿进展的图书简介，力求详细且内容充实，旨在为读者勾勒出该领域当前的知识版图、核心技术和未来展望。 量子信息与量子计算前沿进展 领域概述与本书定位 在经典物理学的框架下，信息处理的能力已经逼近其物理极限。量子力学所揭示的叠加态、纠缠等奇特现象，为信息科学带来了革命性的突破口。《量子信息与量子计算前沿进展》 旨在全面、深入地剖析当代量子信息科学（Quantum Information Science, QIS）的核心理论框架、关键实验技术，以及正在快速成长的量子计算（Quantum Computation）和量子通信（Quantum Communication）的最新进展。 本书并非停留在基础概念的罗列，而是聚焦于过去十年间，理论与实验领域取得的突破性进展，特别是面向实际应用和可扩展性挑战的前沿研究方向。它面向具有一定物理或计算机科学基础的研究人员、高年级本科生和研究生，以及希望了解量子技术下一波浪潮的企业研发人员。 第一部分：量子信息理论的深化与拓扑结构 本部分将从信息论的视角，深入探讨量子态的本质属性和度量，并引入高阶的理论工具来分析复杂量子系统的行为。 1. 量子信息度量与复杂性理论 传统的冯·诺依曼熵不足以描述所有量子信息资源。本书详细介绍了量子互信息（Quantum Mutual Information）、纠缠熵（Entanglement Entropy）及其在多体系统中的张量网络表征。重点讨论了零误差信道容量（Zero-Error Channel Capacity）的极限，以及如何利用量子相对熵（Quantum Relative Entropy）来量化量子态之间的距离，这在量子密码分析和量子态层析中至关重要。 此外，我们深入探讨了量子计算复杂性理论（Quantum Computational Complexity）的最新进展。除了对BQP类别的经典刻画外，本书详述了MAEXP和QMA等复杂性类的关系，特别关注量子电路模型（Quantum Circuit Model）的编译优化和时间复杂度分析。 2. 拓扑量子信息与非阿贝尔任意子 拓扑序（Topological Order）代表了一种对局域扰动具有鲁棒性的量子物态。本章侧重于拓扑量子计算（Topological Quantum Computation）的理论基础，它通过编织非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的操作来执行量子门，从而天然抵抗退相干噪声。 我们详细阐述了分数霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect）中可能存在的任意子激发，如马约拉纳费米子（Majorana Fermions）。本书分析了如何利用张量网络（Tensor Networks）（如MERA、PEPS）来有效模拟和分类具有拓扑序的量子态，并讨论了通过特定低维系统（如Kitaev模型）实现拓扑量子比特的理论可行性。 第二部分：可扩展量子硬件的架构与挑战 量子计算的瓶颈在于构建稳定、高保真且可扩展的量子比特。本部分全面对比和评估了当前主流的、具有长期扩展潜力的物理实现方案。 3. 超导量子电路的退相干控制 超导量子比特（Superconducting Qubits），特别是Transmon和Flux Qubit，因其成熟的微加工技术和相对快速的门操作速度，成为当前研究的焦点。本书深入探讨了退相干机制（Decoherence Mechanisms），包括电荷噪声、磁通噪声和耦合到环境的振动模式。 重点内容包括：高品质（High-Q）谐振腔的设计、微波脉冲的精确整形技术（Pulse Shaping）以实现高保真度的两比特门（如iSWAP和CZ门），以及串扰抑制（Crosstalk Mitigation）的最新硬件设计策略。此外，还分析了如何通过耦合器工程（Coupler Engineering）实现可调谐（Tunable）和非线性耦合，以提高阵列的可编程性。 4. 基于离子的量子处理单元：高连接性与长相干时间 囚禁离子（Trapped Ions）凭借极长的相干时间和近乎完美的单比特门保真度，被视为构建容错量子计算机的有力候选者。本书详细介绍了射频（RF）和激光冷却技术在捕获和操控离子方面的最新进展。 核心内容包括多维离子阱阵列（Multi-dimensional Ion Trap Arrays）的设计，如X-Z几何阱和平面集成阱。对于两比特门，我们深入分析了Mølmer-Sørensen门的优化，以及如何通过“量子数据总线”（Quantum Data Bus）技术，利用声子模式或光子耦合实现远程离子间的纠缠分布，以解决全连接性与可扩展性的矛盾。 5. 基于中性原子和固态系统的阵列化探索 中性原子（Neutral Atoms）因其在二维和三维晶格中极高的可扩展性和可重构性而迅速崛起。本书重点介绍了激光镊子（Optical Tweezers）和光晶格（Optical Lattices）技术，用于精确排布数百个原子。关键的量子门操作是通过里德伯态（Rydberg States）相互作用实现的里德伯阻塞机制（Rydberg Blockade）。本书对比了基于磁场和电场梯度来调控原子位置的优势与劣势。 在固态领域，本书简要回顾了金刚石色心（NV Centers）和硅基量子点（Silicon Quantum Dots）的最新进展，特别关注如何利用核自旋耦合（Nuclear Spin Coupling）实现信息存储的延长，以及如何通过电学控制来提升门操作速度。 第三部分：量子纠错、容错计算与软件栈 即使硬件保真度不断提高，构建真正可靠的量子计算机仍需依赖强大的错误抑制和校正机制。 6. 量子纠错码的近展与实现挑战 量子比特固有的脆弱性要求采用量子纠错码（Quantum Error Correction Codes, QECC）。本书侧重于表面码（Surface Code）和低密度奇偶校验码（LDPC Codes）的最新理论进展。 详细分析了译码算法（Decoding Algorithms），特别是对于高速实时错误的基于神经网络的解码器和基于信念传播的解码器。此外，我们讨论了容错层（Fault-Tolerant Layer）的设计，包括逻辑门的实现（如Steane码和表面码中的“扭曲门”）以及逻辑错误率（Logical Error Rate）的理论界限。 7. 量子计算的编程模型与软件工具链 随着硬件的成熟，高效的软件栈成为连接理论和应用的桥梁。本书介绍了量子算法编译的最新方法，包括资源估计（Resource Estimation）的工具箱，用于预测运行特定算法（如Shor或QAOA）所需的量子比特数和门深度。 我们深入探讨了混合量子-经典计算框架（Hybrid Quantum-Classical Frameworks），如变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）的参数优化策略，以及如何利用量子中间表示（Quantum Intermediate Representations, QIR）来适配不同硬件后端。 第四部分：量子模拟与应用前沿 本部分将目光投向量子技术在特定科学问题上的应用潜力，特别是那些经典计算机难以企及的领域。 8. 强关联系统的量子模拟 量子模拟是量子计算最早期的应用方向之一。本书关注如何利用可精确控制的量子系统来模拟难以处理的物理模型。重点分析了哈密顿量模拟（Hamiltonian Simulation）的技术，如Trotter-Suzuki分解的优化及其高阶变体。 应用实例包括：高精度模拟费米子系统的Hubbard模型、模拟复杂分子结构和反应动力学，以及探索新型拓扑相变。书中详细讨论了如何利用线性光子系统（Linear Optics）进行波函数动力学模拟的潜力。 9. 量子机器学习与优化算法的展望 量子计算在数据处理方面的优势正在激发量子机器学习（Quantum Machine Learning, QML）的爆炸式发展。本书聚焦于量子特征图（Quantum Feature Maps）的设计，用以提升高维数据的可分性。 我们对量子支持向量机（QSVM）和量子神经网络（QNN）的潜力与局限性进行了深入评估。在优化领域，本书对比了QAOA在解决组合优化问题（如Max-Cut）上的表现，并讨论了如何利用量子退火（Quantum Annealing）的特定架构来加速特定类型的优化问题。 总结： 《量子信息与量子计算前沿进展》旨在提供一个高屋建瓴且深入细节的视角，涵盖从基础理论的深化到前沿硬件实现的工程细节，再到实际应用软件栈的构建。读者将获得对当前量子领域全景的清晰认知，并为迎接下一代信息技术浪潮做好理论和实践上的充分准备。

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